[發明專利]一種利用飛秒激光刻蝕源極的垂直溝道有機光敏場效應管

在審

• 申請號: 202111460883.0
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN116209287A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 李銳;嚴卿華;彭應全;呂文理;徐蘇楠;朱偉豪;梁紹昌;張月;賈志強
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: H10K30/65
• 分類號: H10K30/65;H10K71/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種利用飛秒激光刻蝕源極的垂直溝道有機光敏場效應管，其結構為：柵極/柵極電介質/飛秒激光刻蝕源極/有機功能層/漏極。該器件采用硅/二氧化硅襯底作為柵極/柵極電介質；源極采用飛秒激光刻蝕法進行圖案化刻蝕，形成長方形孔狀陣列；有機功能層采用常用的有機半導體光敏材料；漏極為半透明金屬薄膜。相對于傳統光刻法，利用飛秒激光刻蝕法制備圖案化源極，具有制備工藝簡單，圖案化刻蝕效率高等優點。

技術領域

本發明是一種利用飛秒激光刻蝕源極的垂直溝道有機光敏場效應管。

背景技術

近年來，垂直溝道有機場效應管因其載流子在垂直方向上進行傳輸，溝道的長度與有機層的厚度相同，使得器件接觸電阻低，工作電流高，已經成為有機電子器件的研究熱門之一。其中垂直溝道有機光敏場效應管的源極層在功能層中起著核心作用，因此源電極層的設計和制造是提高器件性能的關鍵之一。在各種制備技術中，圖案化或結構化膜層由于具有良好的再現性和易于大規模生產的優點而被廣泛使用。

用于對膜層進行圖案化或結構化的技術中一種為光刻法——光刻工藝包括旋涂、曝光、前烘顯影以及后烘等，并且需要光刻膠、掩膜板、顯影液等，工藝所需材料多，工藝條件較為嚴格，不利于進一步降低生產成本，擴大生產規模。而本發明中的飛秒激光刻蝕法則是在微加工平臺上進行精準控制加工，既對實驗條件進行了優化，也對圖案化工藝進行了簡化，使得源極圖案化更易達成，流程更加簡便，制備效率更高。所刻蝕源極小孔中存在的微小電場，增加了器件光響應度，降低了暗電流，提高了有機層表面平整性，外量子效率與比探測率均有所提高，器件性能有較大的提升。

發明內容

本發明公開一種利用飛秒激光刻蝕源極的垂直溝道有機光敏場效應管，該器件具有以下結構：柵極/柵極電介質/利用飛秒激光刻蝕源極/有機功能層/漏極。其中硅和熱生長二氧化硅作為柵極和柵極電介質，用鋁/氟化鋰雙層薄膜作為源極，其中源極結構為均勻分布的長方形孔狀，以光敏材料作為有機半導體功能層，半透明金薄膜作為漏極。

通過這種方法刻蝕源極的器件具有短通道長度、高響應速度的優點，同時該方法相對原有的光刻工藝而言加工平臺更加簡潔，制備工藝更加簡易，解決了光刻方法規模化生產成本較高，圖案化效率較低的問題。

附圖說明

圖1a為器件結構示意圖

圖1b為激光刻蝕Al/LiF雙層源極結構光學成像

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明權利要求保護的范圍，實施例中所涉及的各種材料、試劑，均可通過商業途徑購買得到。本發明具體實施步驟如下：

清洗襯底，本發明所涉及的器件襯底為附有1000nm?SiO₂氧化層的Si片，其中SiO₂作為柵介質層，Si作為柵極。

使用真空熱蒸發法制備有機層和電極，使用的鍍膜機為有機半導體薄膜真空蒸鍍機。通過真空熱蒸發在清潔的襯底上連續沉積鋁和氟化鋰薄膜，厚度分別為50nm和10nm。

通過飛秒脈沖激光刻蝕對源極制作一組等距方孔陣列，具體操作如下：飛秒激光脈沖由藍寶石激光器(Coherent?Corp)產生，在800nm中心波長下工作，脈沖能量為100μJ，脈沖持續時間為35fs，通過20倍物鏡以5kHz頻率聚焦。隨后將硅片放在具有軟件控制和馬達驅動的三維控制平臺上，在光闌處放置一個固定頻率的風扇用來阻擋和通過激光，風扇轉動的同時三維移動平臺的移動速度為3000μm/s，在硅片上刻蝕出等間距的長方形孔，長方形孔長(L)×寬(W)＝6μm×4μm，同行的孔間距為6μm，行間距約為10μm。

使用熱蒸發法依次沉積光敏材料和金，作為有機功能層和漏極。